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Equipe Optique Guidée et Intégrée - F.Gérôme - Paris le 27 Octobre 2004Equipe Optique Guidée et Intégrée - F.Gérôme - Paris le 27 Octobre 2004
JNOG 2004 Paris, 27 Octobre 2004
CCONCEPTIONONCEPTION ETET FABRICATIONFABRICATION DD’’UNEUNENOUVELLENOUVELLE FIBREFIBRE AA CRISTALCRISTAL
PHOTONIQUEPHOTONIQUE COMPENSATRICECOMPENSATRICE DEDE DISPERSIONDISPERSION
Frédéric Gérôme, J-L. Auguste, J-M. Blondy, P. Roy
Institut de Recherche en Communications Optiques et Microondes, UMR CNRS n°6615,
Université de Limoges,123, avenue A. Thomas, 87060 Limoges – France
Equipe Optique Guidée et Intégrée - F.Gérôme - Paris le 27 Octobre 2004Equipe Optique Guidée et Intégrée - F.Gérôme - Paris le 27 Octobre 2004
IntroductionIntroduction
“MODULE COMPENSATEUR DE DISPERSION DANS LA BANDE C BASE SUR UNE FIBRE A DEUX COEURS CONCENTRIQUES”, F. Gérôme, J.L. Auguste, S. Février, J. Maury, J.M. Blondy, L. Gasca, L. Provost, JNOG 2004.
fibre à 2cc fabriquée par le process MCVD rapport de longueur limité à = 20
Fibre de ligne avec Dch>0[Dch=16ps/(nm.km) à1550nm]
Fibre compensatrice avec Dch<<0
Lfibre compensatrice
Solutionretenue
Lfibre lignefibrelignech
rsivefibredispech
rsivefibredispe
fibreligne
D
D
L
L
Longueur à limiter
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Potentialité de la technologie air-silicePotentialité de la technologie air-silice
Fibre à 2cc MCVD Nouvelle fibre microstructurée
Structure à 2cc forte Dch<0
les 2 cœurs dopés au Ge n max de 40.10-3
Process MCVD
Dch limitées 20
Conserver 1 structure à 2cc forte Dch<0
Élimination du process MCVD
silice pure + différents trous d’air n 400.10-3 (fct de d/)
Dch plus fortes > 20 ?
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Profil d’Indice de RéfractionProfil d’Indice de Réfraction
« Fibre à 2cc MCVD »
1 Auguste & Al. «Conception, realization and characterization
of a very high negative chromatic dispersion fiber» Invited Paper, Optical Fiber Technology
Structure à 2cc non dopée : process MCVD totalement éliminé
« Fibre à 2cc microstructurée »Transposition
n(r)
rayon
Pure silice
Trous d’air
Dch -1800 ps/(nm.km) at 1558 nm1
Radius
Coeurs dopés Germanium gaines internes et externescomposées par silice pure
n(r)
n3 n1
n2n1
n2
n3 n3
7 à 8 couronnes de trous bon compromis entre confinement du champ et fabrication
« Guidage par réflexion total interne »
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1.4138
1.4143
1.4148
1.4153
1.4158
1.53 1.535 1.54 1.545 1.55 1.555 1.56 1.565 1.57
Longueur d'onde (µm)
ind
ice
effe
ctif
mode fondamental de la structure avec le coeur central
mode fondamental de la structure avec l'anneau
Supermode 1
Supermode 2
Étude modale par la méthode des éléments finisÉtude modale par la méthode des éléments finis
Accord de phase0
Comportement modale identique aux fibres classiques MCVD
Exemple de structure retenue : pitch = 2.3 µm d = 1.4 µm = 0.51 µm Anneau = 3ème couronne
2r1 = 21.6 µm
Aeff = 9.5 µm2 à 1550nm
n 70.10-3 (max 40.10-3 en MCVD)
« Méthode des éléments finis » Évolution des indices effectifs
guide central monomode
Équivalence profil
fibre à saut d’indice
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Injection sélectivedans le coeur
central
-1300
-1100
-900
-700
-500
-300
-100
100
1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7
Longueur d'onde (µm)
Dc
h [
ps
/(n
m.k
m)]
Détermination de la DDétermination de la Dchch
λdnd
cλ
ch
D2
1 eff2
Dch du
Supermode 1
Dch = -1250 ps/(nm.km) à 1550 nm(moyennage tous les 2nm)
le guide central est monomode avant 0
pour <0, Dch est dû uniquement au Supermode 1
30 nm
Cette nouvelle fibre présente une forte valeur négative de Dch
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Dépendance de la DDépendance de la Dchch avec avec et d et d
Variation du pitch Variation de d
-1700
-1500
-1300
-1100
-900
-700
-500
-300
-100
100
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
Longueur d'onde (µm)
Dc
h [
ps
/(nm
.km
)]
-200
-150
-100
-50
0
50
d=2µm
d=1.4µmd=1µm
-11000
-9000
-7000
-5000
-3000
-1000
1000
1.4 1.45 1.5 1.55 1.6
Longueurd'onde (µm)
Dc
h [
ps
/(n
m.k
m)]
pitch=2.3µm
pitch=1.7µm
pitch=1.5µm
quand le diminue quand le d augmente
« La Dch est plus <0 décalée vers les basses longueurs d’onde et la FWHM plus étroite »
Le pitch controle + significativement la valeur de Dch & d la FWHM
(200nm pour 40%)(50nm pour 20%)
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Dépendance de la DDépendance de la Dchch avec avec et et couronnescouronnes
Variation de Position du coeur annulaire
Important décalage vers les longueurs d’onde basses quand diminue (500nm pour 25%)
-2300
-1800
-1300
-800
-300
200
1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7
Longueur d'onde (µm)
Dch
[ps/
(nm
.km
)]
-100
-80
-60
-40
-20
0
4ème couronne3ème couronne2nd couronne
-1700
-1500
-1300
-1100
-900
-700
-500
-300
-100
100
0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3
Longueur d'onde (µm)
Dc
h [
ps
/(n
m.k
m)]
d=0.6 µmd=0.51 µmd=0.4 µm
compensation monocanal ou
compensation WDM
Simple avec la position de l’anneau
ou En adaptant les paramètres géométriques : d, and
pente de - 0.26 ps/(nm2.km)
sur 35 nm
WDM
Dch devient plus <0 quand le nombre de couronne augmente mais sans modifier la 0
Modification en accord avec les tolérances de fabrication
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7
Longueur d'onde (µm)
Dch
[p
s/(n
m.k
m)]
Bande C
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Optimisation du profil pour le WDMOptimisation du profil pour le WDM
zoom3 tailles
différentesde trous
Pente = -8.8ps/(nm2.km)Dch = -2300ps/(nm.km)
Rapport 150 avec =0.1ps/(nm.km)
Rapporttrous = 7.5 RapportMCVD
Très fortes Dch quand d/ → 1Zone quasi linéaire sur 35nm quand anneau 2nde couronne
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Fabrication testFabrication test
Première étape : capillaires
Etapes suivantes :
Gros trous d’air 144, petits trous d’air 24, coeur central 1 avec le même dext pour obtenir le même pitch
Préforme avec 7 couronnes
D = 25 mm
Fabrication des capillaires à l’unité pour controler les caractéristiques
D = 1.9 mm D = 35 µm
« Première fibre cristal photonique à 2 coeurs concentriques »
étirage manchonnage+étirage
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Premières caractérisationsPremières caractérisations
Injection SMF dans les deux coeurs
Cœur central
Cœur annulaire
Minimum de puissancedû aux petits trous
Caméra CDD+
Injection SMF centrée
Coupe
transverse
Mise en évidence du guidage :
Guide central asymptotiquement monomode à 1550nm :Mode LP01
Observation du couplage sur un tronçon différent :
Énergie uniquement dans
le cœur central à 1300 nm
Énergie dans les deux
coeurs à 1550 nm
ONexp=0.587 correspond à 36° (ONthé=0.56 ) n=125.10-3 (avec d/=0.75)
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ConclusionConclusion
Conception d’une nouvelle fibre à trous fortement dispersive
Etude théorique du comportement modal avec M.E.F
Optimisation des paramètres géométriques pour le WDM
n plus fort Dchmin=-2300ps/(nm.km) en bande C
Rapport de longueur de 150 amélioration de 7.5 /fibre MCVD (20) avec dispersion résiduelle de 0.1ps/(nm.km)
Fabrication de fibres test totalement conçues au laboratoire
Vérification du guidage des deux guides
Vérification du caractère monomode du guide central si injection centrée
Elimination complète du process MCVD
Comportement similaire à la fibre à 2cc MCVD
E-mail : gerome@ircom.unilim.fr
Vérification du couplage entre les deux guides
Obtention de très fortes valeurs de Dch (application monocanal)
Dchmin autour de -11000 ps/(nm.km) très sélective
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